ADC-resolutie berekenen (stappen en LSB-spanning)

Bereken het aantal stappen en de LSB-spanning van een AD-omzetter (ADC) uit de referentiespanning en de resolutie in bits.

Rekenmachine

Resolutie10-bit

Aantal stappen1.024

LSB-spanning4,88 mV

Resolutie per stap4,883 mV/stap

Een 10-bit ADC met 5,00 V referentie heeft 1.024 stappen en een LSB van 4,88 mV (4,883 mV).

Een analoog-digitaalomzetter (ADC) zet een continue ingangsspanning om in een geheel getal. De resolutie in bits bepaalt in hoeveel discrete stappen het meetbereik wordt opgedeeld: een n-bit ADC kent 2ⁿ mogelijke uitkomsten. Een 10-bit ADC (zoals in veel Arduino-boards) heeft dus 1024 stappen, een 12-bit ADC 4096 en een 16-bit ADC al 65536. Hoe meer stappen, hoe fijner je een spanning kunt onderscheiden.

De grootte van de kleinste stap heet de LSB-spanning (Least Significant Bit): het is de referentiespanning gedeeld door het aantal stappen, LSB = Vref / 2^bits. Die waarde is meteen je theoretische meetnauwkeurigheid: een verandering kleiner dan één LSB kan de ADC niet zien. Deze calculator rekent beide grootheden uit op basis van pure natuurkunde — geen onderhoud, altijd geldig.

Resolutie versus nauwkeurigheid

Let op: resolutie (hoe fijn het bereik is opgedeeld) is niet hetzelfde als nauwkeurigheid (hoe dicht de meting bij de werkelijkheid ligt). Ruis, een onstabiele referentie en niet-lineariteit kunnen de bruikbare resolutie verlagen, ook als de ADC op papier 16 bits heeft.

De formule

aantal stappen = 2^bits\nLSB-spanning   = Vref / 2^bits

Vref — referentiespanning, het volle meetbereik (V)
bits — resolutie van de ADC
LSB — spanning van één stap (V)

De digitale uitkomst is ruwweg: code = round(Vin / LSB), begrensd op 0 t/m 2^bits − 1.

Uitgewerkt voorbeeld

Een 10-bit ADC met een referentie van 5 V.

Aantal stappen = 2¹⁰ = 1024. LSB = 5 / 1024 ≈ 4,88 mV. Spanningen die minder dan ongeveer 4,88 mV uit elkaar liggen, krijgen dezelfde digitale code. Stap je over naar 12-bit, dan zakt de LSB naar 5/4096 ≈ 1,22 mV — vier keer zo fijn.

Het « waarom » & de praktijk

De referentiespanning is cruciaal. De ADC meet altijd ten opzichte van Vref: een ingang gelijk aan Vref geeft de maximale code, 0 V geeft code 0. Een onstabiele of ruisende referentie maakt al je metingen onnauwkeurig, hoeveel bits de omzetter ook heeft. Kies daarom een schone, stabiele referentie en houd de ingangsspanning binnen het bereik 0–Vref; een hogere spanning beschadigt de ingang of geeft simpelweg de maximumwaarde.

Wil je een spanning vóór de ADC verkleinen naar het meetbereik, gebruik dan een spanningsdeler — maar zorg dat die "stijf" genoeg is, anders belast de ADC-ingang de deler. Stuur je juist een analoog niveau úít met de microcontroller, dan gebruik je vaak PWM met een filter in plaats van een echte DA-omzetter. Voor het lezen van de ruwe ADC-code in hexadecimaal helpt de getalstelsels-omrekenaar.

Veelgestelde vragen

Wat is de LSB-spanning van een ADC?

De LSB-spanning is de grootte van één stap: Vref gedeeld door het aantal stappen (2^bits). Het is de kleinste spanningsverandering die de ADC nog kan onderscheiden, dus je theoretische resolutie.

Hoeveel stappen heeft een 12-bit ADC?

Een 12-bit ADC heeft 2¹² = 4096 stappen. Het meetbereik (0 tot Vref) wordt dus in 4096 niveaus verdeeld, met codes 0 t/m 4095.

Is meer bits altijd beter?

Niet automatisch. Meer bits geven een fijnere resolutie, maar de werkelijke nauwkeurigheid wordt ook beperkt door ruis, de stabiliteit van de referentie en niet-lineariteit. Boven een bepaald punt verdrinkt de extra resolutie in de ruis.

Wat doet de referentiespanning?

Vref bepaalt het volledige meetbereik. Een ingang gelijk aan Vref geeft de maximale code; 0 V geeft code 0. De LSB schaalt rechtstreeks mee met Vref, dus een lagere referentie geeft een fijnere resolutie binnen een kleiner bereik.

Wat gebeurt er boven Vref?

Spanningen boven Vref worden afgekapt op de maximale code en kunnen, als ze de toegestane ingangsspanning overschrijden, de ADC beschadigen. Houd de ingang altijd binnen 0 tot Vref, eventueel met een spanningsdeler.